熱像儀

熱像儀

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中文名： 紅外熱像儀 主要指標： 測溫範圍、空間分辨率、測溫精度 操作方式： 手持式、便攜式、在線型 接收輻射方式： 主動接收、被動接收

紅外熱像科技在軍民兩方面都有應用，最開始起源於軍用，逐漸轉為民用。在民用中一般叫熱像儀，主要用於研發或工業檢測與設備維護中，在防火、夜視以及安防中也有廣泛應用。

熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接收被測目標的紅外輻射能量，並將能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。

目錄

發展歷程

"紅外線"一詞源於"past red"，是超出紅色之外的意思，表示該波長在電磁輻射頻譜中所處的位置。"thermography"一詞是採用同根詞生成的，意思是"溫度圖像"。熱成像的起源歸功於德國天文學家 Sir William Herschel，他在 1800 年使用太陽光做了一些實驗。Herschel 讓太陽光穿過一個稜鏡並在各種顏色處放置溫度計，利用靈敏的水銀溫度計測量每種顏色的溫度，結果發現了紅外輻射。Herschel 發現，當越過紅色光線進入他稱為"暗紅熱"區域時，溫度便會升高。

二十年後，德國物理學家 Thomas Seebeck 發現了溫差電效應。在該發現的基礎上，意大利物理學家 Leopoldo Nobili 於 1829 年發明了熱量倍增器(即早期版本的熱電偶)。這種簡單的接觸式設備的工作原理是兩個異種金屬之間的電壓差會隨着溫度的變化而變化。過了不久，Nobili 的合作夥伴 Macedonio Melloni 把熱量倍增器改進為熱電堆(以串聯方式安裝熱量倍增器)並將熱輻射集於熱電堆上，這樣，他可以檢測到 9.1 米(33 英尺)遠處的人類體熱。

1880 年，美國天文學家 Samuel Langley 使用輻射熱檢測儀探測到 304 米(1000 英尺)以外的牛的體熱。輻射熱檢測儀測量的不是電壓差異，而是與溫度變化有關的電阻變化。Sir William Herschel 的兒子 Sir John Herschel 於 1840 年使用名為"蒸發成像儀"的設備製作出第一幅紅外圖像。熱圖像是薄油膜的蒸發量差異形成的，可以藉助油膜上反射出的光線進行查看。

熱像儀是一種無需與設備直接接觸便可檢測出紅外波長頻譜中的熱圖案的設備。早期型號的熱像儀稱為"光導探測器"。從 1916 年至 1918 年，美國發明家 Theodore Case 利用光導探測器做實驗，通過與光子(而不是熱能)直接交互作用產生信號，最終發明了速度更快、更靈敏的光導探測器。20 世紀四十年代和五十年代期間，為了滿足日益增長的軍事應用領域的需求，熱成像技術不斷演變，取得了長足的發展。德國科學家發現，通過冷卻光導探測器可以提高整體性能。

直到 20 世紀六十年代，熱成像技術才被用於非軍事應用領域。雖然早期的熱成像系統很笨重、數據採集速度緩慢而且分辨率不佳，但它們還是被用於工業應用領域，例如檢查大型輸配電系統。

20 世紀七十年代，軍事應用領域的持續發展造就了第一個便攜式系統。該系統可用於建築診斷和材料無損測試等應用領域。20 世紀七十年代的熱成像系統結實耐用而且非常可靠，但與現代熱像儀相比，它們的圖像質量不佳。到 20 世紀八十年代初期，熱成像技術已廣泛應用於醫療、主流行業以及建築檢查領域。經過校準後，熱成像系統可以製作完全的輻射圖像，這樣便可測量該圖像中任意位置的輻射溫度。輻射圖像是指包含圖像內各點處的溫度測量計算值的熱圖像。

工作原理

紅外熱像儀是一門使用光電設備來檢測和測量輻射並在輻射與表面溫度之間建立相互聯繫的科學。輻射是指輻射能(電磁波)在沒有直接傳導媒體的情況下移動時發生的熱量移動。現代紅外熱像儀的工作原理是使用光電設備來檢測和測量輻射，並在輻射與表面溫度之間建立相互聯繫。所有高於絕對零度(-273℃)的物體都會發出紅外輻射。紅外熱像儀利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。通過查看熱圖像，可以觀察到被測目標的整體溫度分布狀況，研究目標的發熱情況，從而進行下一步工作的判斷。

人類一直都能夠檢測到紅外輻射。人體皮膚內的神經末梢能夠對低達±0.009°C (0.005°F) 的溫差作出反應。雖然人體神經末梢極其敏感，但其構造不適用於無損熱分析。例如，儘管人類可以憑藉動物的熱感知能力在黑暗中發現溫血獵物，但仍可能需要使用更佳的熱檢測工具。由於人類在檢測熱能方面存在物理結構的限制，因此開發了對熱能非常敏感的機械和電子設備。這些設備是在眾多應用中檢查熱能的標準工具。